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铸件薄壁部分发生固态相变的处理与毛坯铸件的展开方法

2021-04-29 10:33:11
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  当铸件薄壁部分发生固态相变时,厚壁部分还处于塑性状态,若相变时新相的比容大于旧相的比容,则相变时薄壁部分膨胀,而厚壁部分受到塑性拉伸,结果铸件内部只产生很小的拉应力,且随时间延长而逐渐消失。
  这种情况下如果铸件继续冷却,厚壁部分发生相变而增大体积,由于已处于弹性状态,薄壁部分将被内层弹性拉伸,而形成拉应力。而厚壁部分被外层弹性压缩而形成压应力,在这种条件下,残余相变应力和残余热应力符号相反,可以互相抵消。
  当铸件薄壁部分放生固态相变时,厚壁部分已处于弹性状态,若新相比容大于旧相,则厚壁部分受弹性拉伸形成拉应力,而薄壁部分被弹性压缩形成临时压应力。这时相变应力符号和热应力符号相同,即应力叠加。铸件继续冷却至厚壁部分发生相变时,比容增大发生膨胀,使前一段所形成的相变应力消失。
  由此可见,铸件中具有固态相变的合金,当新旧相比容差别大,切相变应力符号和热应力符号相同时,两种应力叠加的结果,调质圆钢可能导致铸件开裂、变形,所以无论是临时相变应力还是残余相变应力都应注意研讨,尽量去掉不好的影响。
  铸件的冷却过程其实是一个特的过程,有的要经历合金的固态相变,相变时金属的比较发生变化,比如说碳钢由δ相向γ相转变体积缩小,γ相发生共析转变时,体积增大。
  但如果铸件各部分温度一致,固态相变时发生则不可能产生宏观应力,而只能有微观应力。当相变温度高于塑一弹性转变的临界温度时,相变时合金处于塑性状态,即使铸件的各部分有温度存在,所产生的相变应力也不大,并会逐渐减小乃至消失。
  如果铸件相变温度不算高于临界温度,而且铸件各部分温差大,各部分相变时间不同时,则会引起宏观相变应力,由于相变时间不同,相变应力可能成为临时应力或残余应力。
  毛坯铸件的展开方法有哪些?具体如何操作?
  [1]经验法是工厂中常用的方法,一般计算矩形、圆筒的展开长度和圆角部分的展开半径,然后在过渡区用直线和圆弧相连。这种方法假设薄板厚度在拉延成型过程中不变,面积不变。
  [2]几何映射法认为应变由变形前后板料的几何差别定义,而变形后板料形状已知,就可以将变形后板料上的点映射回初始板料,而且不需要载荷就能计算应力的分布。应变取决于厚度分布,但变形后板料的厚度分布未知,这样,几何映射法取决于厚度分布的正确假设并视厚度与特定的边界条件相匹配。
  [3]毛坯形状和尺寸的反算是薄板冲压成型中的一个难题。毛坯形状的确立是设计工艺和制定工艺流程的前提。毛坯形状设计得正确,冲压过程中材料的流动将正确,从而减少起皱、拉裂发生的可能。对于复杂的冲压件,采用经验和解析方法至今未能获得满意的结果。
  [4]利用有限元仿真方法来求毛坯的初始形状和尺寸是近几年发展起来的。有增量有限元方法,几何映射法,有限元反算法等。
  [5]滑移线法技术较成熟,已被用于求等截面杯体,如圆形、椭圆形、各类盒形以及某些不规则形状筒型体。但这种方法要作以下假定:板料法兰厚度不变化,并处于平面应变状态,材料各向同性,无硬化,不考虑摩擦力分布对塑性流动的影响。
  [6]有限元反算法可看成是冲压成型的逆过程,要解决的问题很多且计算过程复杂。这种反算法一般将成型过程简化为一个或多个加载的过程,采用全量理论进行分析计算,所以计算可以只考虑初始态和变形态,忽略中间的变化。
  [7]模拟法是在相应的假设条件下,根据许多物理问题数学描述的相似性,通过数学相似理论,采用其它物理介质构成的模型来模拟板料法兰的金属流动。从理论上可以证明,冲压工件凸缘处金属的这种流动同相似区域相似边界条件的粘性流体的流动、电流的流动或热传导是相似的。
  [8]增量有限元方法考虑了成型过程中金属的塑性流动受模具形状等多种因素的影响,有较不错的精度,但耗时大,较难设置接触边界条件,计算模型复杂。
  [9]研讨毛坯展开方法的理论有多种,如经验法,滑移线法,模拟法等。

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